Berta Sándor

Valósághű klíma­szimuláció készül a mesterséges intelligencia segítségével

A gépi tanulás javíthat az éghajlati modelleken, amelyek megjósolják, hogyan változhat a Föld klímája évtizedek múlva.

A szélsőséges csapadékesemények pontos modellezése komoly kihívást jelent a meteorológusok számára. Ennek megváltoztatására a kutatók most olyan gépi tanulási módszerekhez fordultak, amelyeket egyébként az éghajlati modellezés javítására szolgáló képek készítéséhez használnak. A szakemberek ezáltal egyre részletesebb képet kapnak globális éghajlatunkról.

Mesterséges intelligencia segítségével a számítógépek már képesek javítani az elmosódott felvételek felbontását, fotók alapján olyan festményeket generálni, amelyek bizonyos festők stílusát utánozzák, vagy akár olyan emberek valósághű portréit is elkészíteni, akik nem is léteznek. Ennek hátterében az úgynevezett GAN-ok (Generative Adversarial Networks) állnak. A Niklas Boers, a Müncheni Műszaki Egyetem földrendszer-modellezési professzora és a Potsdami Éghajlati Hatáskutató Intézet (PIK) munkatársa által vezetett csapat most ezeket a gépi tanulási algoritmusokat alkalmazta az éghajlatkutatásban. A kutatócsoport a Nature Machine Intelligence című szakfolyóiratban tette közzé eredményeit.

"Az éghajlati modellek elsősorban tágabb időtávjukban különböznek az időjárás-előrejelzésre használt modellektől. Az időjárás-előrejelzések horizontja néhány nap, az éghajlati modelleké évtizedekre vagy évszázadokra terjed" - magyarázta Philipp Hess, a tanulmány szerzője, a Müncheni Műszaki Egyetem Földrendszer-modellezés Tanszékének tudományos munkatársa. Az időjárás viszonylag pontosan megjósolható egy adott régióra és egy korlátozott, néhány napos időszakra, majd megfigyelésekkel ellenőrizhető. Az éghajlat esetében nem időbeli előrejelzésről van szó, hanem - többek között - annak felméréséről, hogy az üvegházhatású gázok növekvő kibocsátása hosszú távon hogyan fogja befolyásolni az éghajlatot.

Az éghajlati modellek azonban nem tudnak minden lényeges éghajlati folyamatot tökéletesen figyelembe venni. Egyrészt azért, mert sok ilyen folyamatot még nem kutattak kellőképpen, másrészt pedig azért, mert a részletes szimulációk túl sokáig tartanának és túl nagy számítási teljesítményt igényelnének. "Különösen a szélsőséges csapadékesemények ezért még nem számíthatóak ki olyan jól az éghajlati modellekkel, mint szeretnénk. Ezért kezdtünk el optimalizálni egy ilyen modellt GAN-okkal" - mutatott rá Niklas Boers.

Nagyjából összefoglalva a GAN-ok két neurális hálózatból állnak. Az egyik hálózat megpróbál egy korábban meghatározott terméket létrehozni egy sablonból, a másik pedig megpróbálja megkülönböztetni ezt a mesterségesen létrehozott terméket a valós példáktól. A két hálózat versenyez egymással ebben a folyamatban, amelyben folyamatosan fejlesztik egymást. A GAN-ok gyakorlati alkalmazása a tájképfestmények realisztikus fényképekké való "lefordítása" lenne. A két neurális hálózat addig játssza oda-vissza a festmények alapján generált fotórealisztikus képeket, amíg azok már nem különböztethetők meg a valódi fotóktól.

Niklas Boers csapata hasonlóan járt el: a tudósok az éghajlati modellek gépi tanuláson alapuló javításában rejlő lehetőségek bemutatására egy viszonylag egyszerű éghajlati modellt optimalizáltak. A csapat algoritmusai ehhez megfigyelésen alapuló időjárási adatokat használnak. Ezekkel képezték ki a GAN-t, amelyet arra használtak, hogy az éghajlati modell szimulációit úgy módosítsák, hogy azok már ne legyenek megkülönböztethetők az időjárási megfigyelésektől. "Ily módon a részletesség és a realizmus szintje további bonyolult folyamatszámítások nélkül is növelhető" - közölte Markus Drücke, a PIK klímamodellezője és a tanulmány társszerzője.

Még a viszonylag egyszerű éghajlati modellek is összetettek és számításuk szuperszámítógépekkel történik, amelyek használata nagy energiafogyasztással jár. Minél több részletet vesz figyelembe egy ilyen modell, annál bonyolultabbak a számítások és annál több gépidőre van szükség. A képzett GAN-nak egy éghajlati szimulációra való alkalmazásával járó számítási erőfeszítés azonban elhanyagolható magának az éghajlati modellnek a számításaihoz képest. "Ezért nemcsak a szimulációk javítása és felgyorsítása, hanem az energiatakarékosság érdekében is érdemes a GAN-ok segítségével részletesebbé és valósághűbbé tenni az éghajlati modelleket" - hangsúlyozta Philipp Hess.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • militavia #13
    Csak egy nagyon egyszerű analógia volt arra, hogy az átlagtól kilengéseknek milyen rövid távú drámai hatása lehet.
    Sehol nem mondtam, hogy az élet eltűnik. Mindig a kérdés az, hogy az ember számára fontos és életbevágó ökoszisztémák fennmaradnak-e.
  • Agyturbinikusz #12
    A hőmérséklet okozta fehérje kicsapódás (a fehérje láncok osszegabalyodnak), nem reverzibilis.

    Persze az egész megértése szempontjából egy kicsit összetettebb gondolkodás szükséges, hiszen 2-3 paraméter nem elegendő egy következtetésre.

    Azt viszont rengetegen kihagyják, hogy pl a korallok pusztulását okozó vízhőmérséklet változások, új korall élőhelyet is létrehoznak, csak máshol.

    Vagyis lehet, hogy az emlősök nagy része ki fog pusztulni a túl gyors környezet változás miatt, de az élet nem fog megszűnni a bolygón.
  • militavia #11
    Ráadásul a kiugró csúcsok nagy pusztításra képesek.
    Pl. az emberi test hőmréskélete az élete során az esetek 99,99-ban 37C fok alatt van. De ha abban az 0,01%-ban tartósan 41 fok feletti láz van, akkor kampec.

    Ha a szélsőséges szétcseszik az ökoszisztéma egyes részeit, akkor lehet majd pislogni.
  • Agyturbinikusz #10
    Nem véletlen írtam a Föld átlag hőmérsékletet.

    Az hogy az adott mikroklima hogyan változik, azt jelenleg előre senki nem tudja megmondani.
    Ami viszont eddig tetten érhető, hogy a hőmérsékleti szélsőségek egyre nagyobb méreteket öltenek.
  • militavia #9
    Inkább az a komment volt sztereotipikus.
    Melyik részét nem érted meg annak, hogy ha 400 millió éve magasabb CO2 és átlaghőm volt, az nem jelenti azt, hogy ha kicserélnéd teleportációval a faunát és állatokat, akkor azok életben maradnának?

    A hőmérsékleti gradiens olyan változást mutat, ami evolúciós és geológia léptékben végtelen grandienshez közelít.
    Ez a baj. Mert amíg ez a változás lassú volt, akkor is kihaltak dolgok, de zajlott az alkalmazkodás és túlélés. De amikor 120 év alatt akkora melegedés van, ami 12000 év alatt se lenne természetes, akkor ott azért lehet majd pislogni, hogy mi marad me és mi nem.

    A nemesített növények nagy része pl. elég érzékeny mindenre is, de a GMO meg egyesek szerint fúj fúj.
    Na, akkor lehet tippelni, hogy mi hogyan fog alkalmazkodni és ki hal éhen majd.
  • NEXUS6 #8
    Huha. Itt azért vannak olyan sztereotpiák, amelyek a klímaváltozáshoz kapcsolódnak, de nem igazak!
    Szal tegyük helyre a dolgokat:
    A globális klíma melegedése úgy nyílvánul valójában meg, hogy a sarkok felé intenzívebb az egyenlítő felé kisebb. A melegedés lehet, hogy a sok évi lokális klímánál jelentős eltéréseket okoz, de ezek általában a napi/évi hőingás csökkenésével járnak, a melegedés ellenére is. Lásd Mo "extrém szélsőségesen" enyhe telek, ergo nem fagynak meg az emberek!
    A melegedés NEM sivataghosodással jár, hanem ellenkezőleg, azok eltűnésével, csapadékosabb klímával.
    A melegebb klímára inkább jellemző a nagytestű, hosszú életű állatok, megafauna jelenléte. Az eljegesedés kezdete óta, kb 5 millió éve a megafaunához tartozó állatotfajok fokozatos kihalás alatt vannak. A korábbi több tucatból mára pár maradt gyakorlatilag Afrikáűban.
    Amióta fejlettebb élet létezik, kb fél milliárd éve, inkább a jelenleginél magasabb globális hőmérséklet és CO2 szint volt a jellemző.
    Jelenleg egy eljegesedett, alacsony CO2 állapotú, elsivatagosodott állapotban van a Föld, amikor az élővilág is szegényesebb, mint NORMÁL állapotban.
  • militavia #7
    És a mostani faunával és állatokkal? Ja. Nem...
  • Sequoyah #6
    Igen, es azon magasabb homersekleten az altalunk ismert allatok/novenyek jelentos resze nem elt sokaig, es kihaltak.
    Persze, a felmelegedest a bolygo maga valoszinuleg tuleli, csak nem az altalunk megismert formaban...
  • Agyturbinikusz #5
    Édes pici barátom, egy hüllő képes elbújni az árnyékba egész nap, nem izzad, és nem is mozog ha nem kell. Ezért simán elvannak a sivatagban is.
    Akkor most kérlek szépen, egy 50 fokra hevitett fém dobozban étlen szomjan tölts el egy napot.

    Utánna megbeszéljük, hogy jó e az, hogy a hőmérséklet emelkedik átlagban a Föld nevű bolygón.
  • Ender Wiggin #4
    Elvileg ennél jóval magasabb hőmérsékletek is voltak már, ráadásur többször, ciklikusan. Lehet, hogy az ősprokarióták is dízellel jártak...
    Utoljára szerkesztette: Ender Wiggin, 2022.10.10. 13:58:06